一种锚固端自修复式锚杆锚固装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种锚固端自修复式锚杆锚固装置及其使用方法，属地下工程支护技术领域。其包括前、后封板组成的锚固端头，浆液扩散器、L型导管、橡胶软管与光圆中空金属杆组成喷涂结构，二者与锚固剂胶泥药卷、修复水泥浆液喷层等共同组成锚杆锚固端修复系统。胶泥药卷内含胶粘剂的空心胶囊在锚固剂内部出现损伤时破裂释放胶粘剂修复内部裂隙，修复水泥浆液喷层内的空心玻璃纤维在锚固端发生滑移破裂，释放巴氏芽孢杆菌，遇水激活与钙离子生成碳酸钙修补裂隙，通过内、外修复机制保证锚固端的锚固能力，防止锚杆脱锚失效，满足深部大变形巷道的支护要求，具有锚固可靠、结构合理、修复便捷等优点。便捷等优点。便捷等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种锚固端自修复式锚杆锚固装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及地下工程支护领域，尤其是一种适用于深部大变形地下工程(巷道、硐室、隧道等)的锚固端自修复式锚杆锚固装置及其方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着煤矿、金属等矿产资源的开采深度不断加大，面临的开采环境与地质条件愈加复杂多变，在一些深部高地应力区域，围岩破碎，易发生大变形破坏，锚杆或锚索脱锚失效频发，造成深部高应力巷道支护困难，多次返修后仍不稳定，造成矿产开采成本增高，是我国深部煤矿资源安全高效开发亟待解决的技术难题。
[0003]锚杆作为煤矿、金属等矿产资源开采中常用的一种有效的高强度支护形式，在地下工程领域得到了广泛应用。一般而言，锚杆是螺纹钢筋制成，尤其是现代高强钢材、各式让压锚杆(索)及各种杆体(索体)的修复式锚杆(索)的发展，锚杆(索)杆体已经满足支护的变形让压需求，而锚固剂与锚杆杆体、锚孔孔壁岩体之间的粘结性能，却只能发展更高成本的高性能锚固剂弥补，对于已经锚固且正在失效边缘的锚固剂(水泥药卷锚固剂或树脂锚固剂药卷)无法进行补救，难以恢复其锚固性能。目前针对锚固剂与锚杆杆体、锚孔孔壁之间的脱锚失效补救修复方面的锚固装置开发极少，故亟需研制一种具有锚固端自修复式的锚杆锚固装置，以满足深部高应力大变形巷道支护的需求。

技术实现思路

[0004]技术问题：本专利技术的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种锚固端自修复式锚杆锚固装置及其使用方法，具有修复锚固剂与杆体或锚固剂与锚孔孔壁的粘结性能的工作效能，同时还兼具有注浆加固锚孔底部破碎岩体的能力，以弥补现有锚杆在应对锚固性能不足的缺陷。
[0005]技术方案：本专利技术的一种锚固端自修复式锚杆锚固装置，包括锚杆，锚杆端部设有锚固端头，锚杆的尾端螺纹上顺序设置的托盘、锚杆测力计和螺母；所述锚固端头包括套在光圆中空金属杆上的前封板和后封板，前封板和后封板之间围绕光圆中空金属杆分别设有多根金属连杆，金属连杆上交替安装胶泥药卷和固化剂药卷，锚固剂胶泥药卷、固化剂药卷内还包裹有大量内部装有胶粘剂的空心胶囊，光圆中空金属杆与锚固剂胶泥药卷、固化剂药卷之间在光圆中空金属杆上套有多个柔性搅拌器；所述光圆中空金属杆内设有L形的通孔，L形的通孔一端开在光圆中空金属杆前端，另一端开在后封板后方的光圆中空金属杆侧壁上，光圆中空金属杆端部开孔处设有用以向周围喷洒浆液的浆液扩散器。
[0006]进一步，前封板和后封板为圆盘结构，前封板和后封板的圆心处设有容纳光圆中空金属杆穿过的中心孔，中心孔与光圆中空金属杆之间设置润滑密闭胶圈，前封板和后封板圆周上分别设有多个位置对应的定位孔，金属连杆两端分别连接前封板和后封板对应的定位孔，所述的金属连杆长度根据锚杆支护设计的锚固长度适配，金属连杆两端均设有内螺纹孔，前封板、后封板与金属连杆通过螺钉与金属连杆两端的内螺纹孔固定。
[0007]进一步，所述定位孔的数量为4～8个，金属连杆对应数量也为4～8个，所述的柔性搅拌器由薄壁金属圆环和柔性塑料翼片组成，薄壁金属圆环穿过光圆中空金属杆并均匀布置在杆上，与光圆中空金属杆通过固定销固定，所述的柔性塑料翼片安装在薄壁金属圆环的定位槽内。
[0008]进一步，所述的光圆中空金属杆为外表光滑的金属中空圆杆，光圆中空金属杆内的L形通孔开在后封板后方的光圆中空金属杆侧壁位置的开孔为导管孔，导管孔与L型导管螺纹匹配并密封连接，光圆中空金属杆开在前端的通孔为与浆液扩散器连接的扩散器连接孔，光圆中空金属杆通过高强连接套管与锚杆端部刚性连接，L型导管通过橡胶软管与钻孔外侧的注浆装置连接，橡胶软管与锚杆通过塑料固定扎带绑扎固定，橡胶软管的长度与锚杆匹配。
[0009]进一步，所述的托盘上设置有孔洞，所述的橡胶软管穿过孔洞露出锚孔外，所述的锚杆使用螺母紧固，螺母与托盘之间布置锚杆测力计。
[0010]进一步，所述的浆液扩散器端部至尾部呈放大的倒锥形结构，倒锥形结构的尖端与L形的通孔的端部螺纹连接，倒锥形结构的锥台侧面周围均匀设置有多个与L形的通孔连通的溢浆孔，溢浆孔上有通过螺纹连接有溢浆喷嘴，用以向锚孔侧壁喷涂浆液。
[0011]一种锚固端自修复式锚杆锚固装置的使用方法，其步骤如下：
[0012]首先组装锚固端头：将金属连杆一端插入前封板的定位孔，使用螺钉紧固连接，在前封板的定位孔上安装润滑密闭胶圈，将光圆中空金属杆插穿过前封板的中心孔，将柔性塑料翼片插入薄壁金属圆环的定位槽内，再将多组柔性塑料翼片与薄壁金属圆环组合体穿过光圆中空金属杆，使用固定销固定在光圆中空金属杆的杆体上，在光圆中空金属杆的端部安装浆液扩散器；将锚固剂胶泥药卷、固化剂药卷交替插入金属连杆上，将后封板穿过光圆中空金属杆与金属连杆连接，使用螺钉紧固，完成锚固端头组装；
[0013]然后安装锚杆锚固装置：使用高强连接套管将光圆中空金属杆尾部与锚杆头部连接，将L型导管与光圆中空金属杆侧壁上的出口连接，将橡胶软管插入L型导管，使用塑料固定扎带将橡胶软管绑扎在锚杆杆体上；将锚杆锚固装置整体放入预设的锚孔内，在锚固端头移动到距孔底5～10cm时，利用橡胶软管向锚孔内注入高压气，清除锚孔孔壁的浮灰；再将锚杆向外移动至距孔底0.3～0.8m处，利用橡胶软管和浆液扩散器向锚孔内喷洒含有微生物的修复水泥浆液，并随着喷洒修复水泥浆液将浆液扩散器沿着锚孔孔底推进，从而将锚固段的锚孔壁均匀喷涂一层修复水泥浆液，所述的修复水泥浆液含有大量空心玻璃纤维，空心玻璃纤维内包含巴氏芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌遇水激活；过程中，修复水泥浆液经过L型导管、光圆中空金属杆、浆液扩散器扩散喷涂至锚孔孔壁上形成修复水泥浆液喷层，喷涂结束后立即使用高压气将光圆中空金属杆、浆液扩散器、L型导管及橡胶软管内的浆液清空，待喷涂在锚孔孔壁上的修复水泥浆液凝固后，将锚固装置的端部移动至距孔底约5～10cm，利用锚杆钻机转动锚杆，带动光圆中空金属杆上设置的柔性搅拌器旋转，柔性塑料翼片快速旋转割破外侧设置在金属连杆上的锚固剂胶泥药卷、固化剂药卷，将胶泥与固化剂充分搅拌形成锚固剂胶体，等待锚固剂固化后，将橡胶软管穿过托盘上预留的孔洞，安装托盘、锚杆测力计，使用螺母紧固；
[0014]最后，通过锚杆测力计连接的显示设备监测锚杆应力变化，当锚杆应力降低，判断锚固端附近的岩体破碎产生裂缝，锚固剂与锚孔孔壁出现滑移，此时修复水泥浆液喷层中
空心玻璃纤维断裂释放出巴氏芽孢杆菌，通过橡胶软管注入水泥浆液或少量水激活锚孔内的巴氏芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌与水泥中的钙离子产生碳酸钙填充粘结锚固剂与岩壁的缝隙，恢复锚固性能，继续发挥作用。
[0015]进一步，当锚固剂胶结体本身出现破坏，锚固剂胶结体内的含胶粘剂的空心胶囊破损，释放胶粘剂，修补锚固剂胶结体，恢复锚固性能。
[0016]有益效果：由于采用了上述技术方案，本专利技术具有锚固端自修复和锚固端岩体注浆加固的特点，弥补了现有锚杆装置在应对深部高应力大变形巷道易出现的脱锚失效缺陷。将锚固剂胶泥药卷内混合大量含胶粘剂的空心胶囊，当锚固剂凝固使用过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锚固端自修复式锚杆锚固装置，其特征在于：它包括锚杆(2)，锚杆(2)端部设有锚固端头(5)，锚杆(2)的尾端螺纹上顺序设置的托盘(4)、锚杆测力计(35)和螺母(3)；所述锚固端头(5)包括套在光圆中空金属杆(17)上的前封板(6)和后封板(7)，前封板(6)和后封板(7)之间围绕光圆中空金属杆(17)分别设有多根金属连杆(11)，金属连杆(11)上交替安装锚固剂胶泥药卷(13)和固化剂药卷(14)，锚固剂胶泥药卷(13)、固化剂药卷(14)内还包裹有大量内部装有胶粘剂的空心胶囊(15)，光圆中空金属杆(17)与锚固剂胶泥药卷(13)、固化剂药卷(14)之间在光圆中空金属杆(17)上套有多个柔性搅拌器(20)；所述光圆中空金属杆(17)内设有L形的通孔，L形的通孔一端开在光圆中空金属杆(17)前端，另一端开在后封板(7)后方的光圆中空金属杆(17)侧壁上，光圆中空金属杆(17)端部开孔处设有用以向周围喷洒浆液的浆液扩散器(25)。2.根据权利要求1所述的锚固端自修复式锚杆锚固装置，其特征在于：前封板(6)和后封板(7)为圆盘结构，前封板(6)和后封板(7)的圆心处设有容纳光圆中空金属杆(17)穿过的中心孔(9)，中心孔(9)与光圆中空金属杆(17)之间设置润滑密闭胶圈(11)，前封板(6)和后封板(7)圆周上分别设有多个位置对应的定位孔(8)，金属连杆(11)两端分别连接前封板(6)和后封板(7)对应的定位孔(8)，所述的金属连杆(11)长度根据锚杆支护设计的锚固长度适配，金属连杆(11)两端均设有内螺纹孔(12)，前封板(6)、后封板(7)与金属连杆(11)通过螺钉(10)与金属连杆(11)两端的内螺纹孔(12)固定。3.根据权利要求2所述的锚固端自修复式锚杆锚固装置，其特征在于：所述定位孔(8)的数量为4～8个，金属连杆(11)对应数量也为4～8个，所述的柔性搅拌器(20)由薄壁金属圆环(21)和柔性塑料翼片(23)组成，薄壁金属圆环(21)穿过光圆中空金属杆(17)并均匀布置在杆上，与光圆中空金属杆(17)通过固定销(24)固定，所述的柔性塑料翼片(23)安装在薄壁金属圆环(21)的定位槽(22)内。4.根据权利要求2所述的锚固端自修复式锚杆锚固装置，其特征在于：所述的光圆中空金属杆(17)为外表光滑的金属中空圆杆，光圆中空金属杆(17)内的L形的通孔开在后封板(7)后方的光圆中空金属杆(17)侧壁位置的开孔为导管孔(18)，导管孔(18)与L型导管(28)螺纹匹配并密封连接，光圆中空金属杆(17)开在前端的通孔为与浆液扩散器(25)连接的扩散器连接孔(19)，光圆中空金属杆(17)通过高强连接套管(30)与锚杆(2)端部刚性连接，L型导管(28)通过橡胶软管(29)与钻孔外侧的注浆装置连接，橡胶软管(29)与锚杆(2)通过塑料固定扎带(31)绑扎固定，橡胶软管(29)的长度与锚杆(2)匹配。5.根据权利要求1所述的一种锚固端自修复式锚杆锚固装置，其特征在于：所述的托盘(4)上设置有孔洞(36)，所述的橡胶软管(29)穿过孔洞(36)露出锚孔(1)外，所述的锚杆(2)使用螺母(3)紧固，螺母(3)与托盘(4)之间布置锚杆测力计(35)。6.根据权利要求1所述的一种锚固端自修复式锚杆锚固装置，其特征在于：所述的浆液扩散器(25)端部至尾部呈放大的倒锥形结构，倒锥形结构的尖端与L形的通孔的端部螺纹连接，倒锥形结构的锥台侧面周围均匀设置有多个与L形的通孔连通的溢浆孔(26)，溢浆孔(26)上有...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆彬，王杰，黄炳香，岳中文，李树忱，任利，周跃进，姚强岭，邢岳堃，王洪涛，段晓恒，蔚立元，李为腾，孙稳，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：